场击穿型真空触发开关控制器设计及时延特性

开关元件是脉冲功率系统的核心元件之一,也是主要的技术瓶颈。真空触发开关作为能量的快速关合(释放)开关,是近年来非常有发展潜力脉冲功率开关器件。提出了一种新的场击穿型真空触发开关控制器的研制思路,并通过实验研究,获得控制器的触发能量与触发时延、触发分散性的关系,可以指导高性能真空触发开关控制器的设计与应用。主触发点火回路采用三电极间隙产生陡化的高压触发脉冲,使真空触发开关导通时间的分散性被控制<2μs。触发控制回路采用光发射器和光接收器作执行元件,抗干扰能力增强,消除了级间互扰造成的误触发。光发射器和光接收器之间采用光纤连接,实现高压触发部分和低压控制部分的隔离。控制器的触发能量灵活可调,实验研究表明,真空触发开关的导通时延和时延分散性随控制器提供的触发能量的增加而迅速减小。在触发能量为1.6 J时,导通时延可缩小为15.57μs,时延分散性可达1.358μs。     

场畸变气体开关寿命预测

气体开关是脉冲功率装置的关键元件之一,快速准确地预测开关的工作寿命,对于确定开关乃至脉冲功率装置的维修周期、预防事故的发生等具有重要的作用。选取自击穿电压和触发抖动表征开关性能,定义开关失效率,建立开关寿命计算模型,预估气体开关寿命。进行不同放电电荷量和电流峰值时的触发放电验证实验,结果表明,开关工作寿命可以分为稳定和失效2个阶段,所建模型能够有效地预测开关最大放电次数,即开关工作寿命。     

一种用于触发开关测试的重复频率脉冲电源

重复频率脉冲功率技术是一系列高科技研究与前沿研究的基础。开关是重复频率脉冲功率系统中的重要元件,其工作性能决定着整个系统的重复频率输出特性。为此,研究了一种用于触发开关测试的重复频率脉冲电源。该脉冲电源包括主回路、触发回路和控制电路3个部分。在主回路和触发回路中均采用LC串联谐振的方式,用可控硅控制一个大容量电容器,通过电感给一个小容量脉冲电容器充电。主回路的小容量电容器提供通过触发开关主电极的大电流。触发回路的小容量电容器由IGBT控制向脉冲变压器放电,为触发开关提供重复频率的高压触发脉冲。控制电路协调主回路和触发回路各元件的动作时序。在触发开关的实际测试中,该电源的重复频率为1 kHz,输出电流峰值为750 A。     

超导电感储能高功率脉冲技术及其仿真研究

提出了利用超导磁储能系统(SMES)来提高电力系统稳定性、提供紧急备用电源和实现新概念武器脉冲电源的“一机三职”功能的基础上,研究了一种基于超导电感储能系统和超导开关的脉冲功率成形技术,探讨了超导脉冲功率技术需要解决的重要基础问题;并根据超导电感储能系统及超导开关特性,提出了超导磁体和超导开关的理想结构,设计了一种脉冲成形网络模型;通过控制外加电流触发超导开关失超来控制超导开关断路,实现高密度无损耗储能、可控脉冲整形,并在电阻负载下,进行了脉冲成形回路放电仿真实验,得到了较理想的脉冲功率输出。     

脉冲作用下气体火花开关电极熔蚀研究

气体火花开关在脉冲功率技术领域中具有广泛的应用,是大型脉冲功率装置的关键器件之一,对装置的输出参数和运行稳定性都有重要的影响。电极熔蚀作为气体火花开关不可避免的问题,从气体火花开关应用之初就得到了关注和研究。国内外学者针对电极熔蚀问题,从电极表面形貌变化、蚀坑表征参数、熔蚀热源分析、电极材料移出作用力和电极熔蚀对气体火花开关性能的影响等多个方面进行了广泛的研究,提出了几种电极表面蚀坑的表征参数,形成了经典的1维、2维电极熔蚀模型,并初步研究了重复运行时电极熔蚀对气体火花开关触发性能的影响。分析了目前高功率火花开关研究所临的主要问题,讨论了快前沿脉冲重频作用下,气体火花开关在电极熔蚀机理上可能存在的区别,指出了电极熔蚀后续研究的方向和关键点。     

高功率脉冲能源装置监控系统的研制

针对脉冲功率技术中对Marx充电的能源设备及触发装置的自动化控制,介绍了一种基于虚拟仪器技术的高功率脉冲能源装置监控系统的研制。系统采用可编程高功率交流电源产生连续可调工频电压,经过高压变压器及硅堆等装置变换为直流高压,对Marx进行双极性的线性充电。主控计算机通过RS-485串口方式对可编程交流电源及数字延时触发设备进行实时状态监测及远程控制,采用VB6.0软件作为开发平台,并利用NI控件等完成了能源设备的虚拟数字化调压测控和数字延时触发等功能设计。为了减小实验现场高电压、大电流等形成的强电磁干扰对系统的影响,系统软硬件都融入了可靠性设计。整个监控系统应用灵活、工作可靠、实时性强、操作简单,具有可扩展性,是脉冲功率装置中自动控制技术应用的有益探索。     

磁开关在强脉冲能源模块中的设计和应用

强脉冲能源模块主放电回路中使用两电极开关时,必须借助触发装置输出1个高频高压脉冲施加在开关电极两端形成过压触发。为了保证开关的可靠触发以及保护能源模块中的预电离支路和氙灯负载等关键元件,主放电回路中必须加磁开关以隔离触发高压。因而该文从分析实际主放电回路的工作原理入手,提出了采用铁基纳米晶的磁开关应用于能源模块主放电回...     

高压异步电动机软起动器

设计了一种新型的基于开关变压器的高压电动机软起动装置,对控制器的电路结构及软件进行了分析.开关变压器的高压绕组串联在主电路中,而低压绕组并接一对反并联的晶闸管,通过控制晶闸管的触发角可以连续改变开关变压器高压绕组的电压,从而连续改变电动机的定子端电压,实现高压电动机的软起动,同时解决了晶闸管的耐压问题.     

油介质脉冲功率开关相关理论研究探析

脉冲功率技术是一门新兴的前沿科学技术,近年来由于广泛的应用得到了迅速发展。高压脉冲功率开关技术的发展直接制约着脉冲功率技术的应用前景。油介质具有安全性强、维护费用低、平台兼容性高等诸多优点。脉冲功率开关放电是一个复杂的过程,与开关的电极形状、正负极性、极间距离、液体介质性质和电压作用时间密切相关。文中研究了油流速和油压力对开关油介质中副产物的影响及开关油介质放电特性,为脉冲功率开关的设计及相关理论提供一定的思路。     

晶闸管直流高压强流快速开关研制成功

<正> 中国科学院等离子体物理研究所第二研究室,研制的20kV、25kA晶闸管直流高压快速开关和8kV、20kA复合式晶闸管直流断路器已经研制成功“并在最近召开的国内同行业的鉴定会上通过了鉴定。 上述两项开关采用强功率触发和氧化锌非线性电阻及新型过压保护元件(BOD)成功地解决了多管串联和并联技术。运行安全可靠。其技术指标达到同类开关的国际水平。它具     

开关管高压放电检测仪的研制

由可调直流高压电源、放电检测器、控制器、触发器等构成高压放电检测仪,调节直流高压电源给储能器充电,当高压开关管在加高电压和等待工作过程中发生自击穿或受到高压脉冲触发导通时,放电检测器检测出开关管高压放电信号使放电指示和计数器工作。所研制的触发器检测开关管和高压放电检测仪,能确保开关管的高压放电不误检和漏检。     

Experimental investigations on triggering characteristic of TVS under DC and AC load

Triggered vacuum switches (TVSs) have fast growing applications in the field of power system and pulse power. The relation between triggering parameters of triggering system, such as triggering voltage and triggering power, between the triggering time delay and its scatter of TVS had been obtained through series of experiments. The result can be adopted as the steering for high-power controller design and application of TVS. A steepened high-voltage triggering pulse is introduced in the main high-voltage generating circuit. As a result, the triggering time delay and its scatter can be decreased remarkably. Synchronous switch technology is imported to control the triggering phase at the crest of applied voltage on TVS. The Triggering characteristic of TVS under alternating current (AC) and direct current (DC) load has been investigated emphatically. Given the identical triggering parameter of triggering system, DC condition is prior to AC on the triggering probability and stability markedly. Such conclusion can be drawn, for AC condition, TVS would require much for the triggering system.     

一种GaN功率器件驱动电路优化设计

针对GaN功率器件在应用的过程中可能出现误导通、电压尖峰与振铃、过电压、过电流等问题,通过简要分析GaN功率器件驱动回路、过电压、过电流故障问题出现原因,设计一种GaN功率器件独立拉灌输出、过电流分级保护栅极驱动电路.当GaN功率器件出现额定电流两倍以内的过电流现象时,可实现GaN功率器件快速关断;当GaN功率器件出现...     

高介碳酸钡陶瓷沿面闪络伪火花开关的研究

为了满足脉冲功率技术和脉冲电流试验技术对放电开关的要求,笔者设计了BaTiO3高介电常数的电介质沿面闪络伪火花开关的触发装置。通过对表面放电触发器的实验发现:在伪火花开关的工作气压范围内,高介沿面闪络触发器显示出很强的电荷发射能力和快速的电荷注入能力,在气压为7 Pa时,触发器能够在30 ns内释放1.5μC,触发电流的上升陡度为1.2×1011A/s,发射的电子数达到9.4×1012。对自放电电压为28 kV的伪火花开关,可靠工作的最低电压可降低到130 V,放电时延为35～100 ns,最小抖动为6～25 ns。     

用于中子管离子源电源的设计与saber仿真

设计了用于中子管离子源的可调高压脉冲电源。采用单端正激式结构和软开关技术,逆变输出高压脉冲,占空比从0.1—0.5可调,最小脉宽8μs。并且根据saber软件对脉冲变压器进行建模和整体电源的仿真,分析了影响脉冲波形的原因,提出了优化电源的方法。目前该脉冲电源已成功应用于煤质快速分析仪中,测量精度明显优于直流方式。     

智能式动态无功补偿装置的研究

介绍一种智能式动态无功补偿装置 ,分析其工作原理。装置采用MOTOROLA单片机系统作为控制器的核心 ,从无功补偿的原理出发 ,建立电容器自动补偿的最优控制方法 ,设计控制器的软硬件 ,并且采用晶闸管无触点开关实现电容器组的快速自动投切 ,通过检测晶闸管无触点开关 (SCR)两端电压为零作为SCR触发的必备条件 ,具有硬件闭锁保护 ,避免了误触发造成的冲击电流损坏元件 ,不会产生无功倒送 ,实现了无功补偿装置的优化运行和高可靠性及自动化 ,有很强的现场控制能力和适应能力。     

基于碳化硅器件的无线充电系统电源设计

碳化硅(SiC)器件耐高频高温、散热性能好、导通电阻小,应用于无线充电系统可有效提高无线充电系统的效率。文中首先对比了SiC材料与Si材料的特性,在此基础上研制了一套基于SiC器件的无线充电系统电源装置。该装置由整流模块和逆变模块构成,输入端接市电,且装置的整流模块具有功率因数校正功能。文中详细给出了整流模块的整流桥选型策略、滤波电路参数设计方法、Boost电路功率器件和无源元件设计原则及开关管控制电路设计方法,还给出了逆变模块的开关管选型策略、开关管驱动电路和开关管保护电路的设计方法。最后,实验结果验证了方案的有效性和可行性,输入侧实现了高功率因数,逆变电路开关管电压振荡得到抑制,实验样机的效率峰值可达98.2%。     

特定消谐式逆变器中窄脉冲的优化策略

特定消谐式逆变器在理论上能够有效消除谐波,但输出电压波形中的窄脉冲难以用硬件实现.根据功率器件开关延迟时间的具体要求,提出了展宽开关角对和省略开关角对相结合的窄脉冲优化策略.理论分析和计算结果表明,所提出的优化策略可以达到硬件实现容易、功率器件的开关损耗和总谐波畸变率较小的目的,从而为特定消谐式逆变器更好地应用于工程实际提供了有效的手段.     

沿面闪络真空开关触发特性的实验研究

触发真空开关(triggered vacuumswitch,TVS)是脉冲功率技术的核心器件,为满足对TVS放电时延及其分散性、工作电压范围、通流容量等的要求,设计了高介电系数的电介质材料制作的沿面闪络真空开关,研究了触发脉冲、主间隙两端的电压对TVS放电时延及其分散性的影响规律。实验研究表明:采用高介电常数电介质材料制作的沿面闪络真空开关,在自击穿电压为120 kV的条件下,TVS的最小工作电压为1.3 kV,工作电压范围为1.08%～99%;最大的放电时延400 ns,最小的放电时延为130 ns,最小的时延分散性为±10 ns;TVS的通过的电流峰值150 kA。该TVS不仅满足一般放电开关的性能要求,用于高电压、大电流脉冲功率技术中,而且可以用于对放电开关有特殊要求的Crowbar回路中。     

基于氢闸流管的高压脉冲电源

针对高压脉冲电场杀菌技术对于系统核心部分高压脉冲电源的要求,设计一种输出脉冲电压峰值可达5～30 kV(100 V步进可调),输出脉冲频率为200~1 000 Hz可调,脉冲宽度为0.2~2μs可调,脉冲前沿<100 ns的高压脉冲电源。该系统利用单片机进行自动控制,通过可调直流高压电源和储能元件作为能源系统,利用氢闸流管作为主放电开关,控制脉冲峰值和频率,最后通过脉冲变压器升压在杀菌腔体的极板上得到所需的脉冲电场。